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噬菌體生物膜是細菌用來保護自身免受威脅的一種適應性機制。由于生物膜保護細菌，并且是對抗生素和殺生物劑產生抗性的根本原因，因此這種機制已成為一個嚴重的問題。據估計，如果不控制抗生素耐藥性，每年至少有5萬以上賽鴿死亡。
噬菌體是細菌的天敵，有其獨特的殺菌機制。細菌不斷演化和適應來自噬菌體的威脅，噬菌體也在不斷進化和調整以應對細菌。
噬菌體與生物膜
實驗中，生物膜能夠將抗生素活性抑制高達100倍，降低細菌對抗生素的實際敏感性，從而在臨床抗生素治療中產生細菌（通過生物膜）耐受抗生素的現象。最近的研究已經使科學家能夠追蹤細菌抗藥性和細菌生物膜的形成歷史，可追溯到350至5億年前。但是，青霉素應用以來對抗生素的濫用使細菌必須調整和加速生物膜的形成，導致每年面臨抗生素耐藥導致的賽鴿羽數將超過由腺病毒的死忘數之和。
1、生物膜的結構和形成
生物膜結構由細菌細胞外基質組成，主要成分是細胞外聚合物（EPS）。EPS包含多糖、蛋白質、脂質、DNA和其他生物大分子。生物膜的大小、形狀和組成可對應環(huán)境條件而變化，從而保障細菌的生存和代謝活性。
當今先進的成像技術表明，生物膜具有水通道及用于營養(yǎng)物質和代謝廢物交換的小孔。外基質對細菌在不利環(huán)境中的生存至關重要，因為它可以作為抵抗天敵和宿主免疫攻擊的保護性屏障。
生物膜的主要內容物是水（90％-97％）、聚集的細胞和持續(xù)性細胞（persistent cells）。持續(xù)性細胞或生長緩慢的細胞對抗生素耐受，有助于生物膜的生長或再生。生物膜內細菌的緊密接觸有利于基因水平轉移，從而允許遺傳抗性的傳遞。生物膜復合物整體上起著一個社區(qū)的作用，其中的賽鴿群體感應分子的化學信號進行交流�；驕y序已發(fā)現了一個名叫環(huán)鳥苷單磷酸酯（cGMP）的第二信使分子，負責生物膜的形成。
2、噬菌體與生物膜
噬菌體的使命是控制環(huán)境中細菌的數量。因此，噬菌體具有進化并適應細菌對抗機制的能力。細菌對抗噬菌體的主要防御措施有2種：一是改變噬菌體受體以阻止其進入，二是通過CRISPR及其相關的Cas 9蛋白來增強對噬菌體的免疫力。細菌和噬菌體的拮抗進化使它們的互作方式不斷發(fā)展。噬菌體可以通過多種方式穿過生物膜并達到其靶標。
增殖（Amplification）
少部分噬菌體通過裂解性感染殺死細菌并大量增殖；而大多數噬菌體與宿主細菌達到一個平衡狀態(tài)，即細菌數量超標觸發(fā)噬菌體殺菌從而降低細菌數量。這種方式可稱為“主動滲透”，噬菌體通過裂解作用在生物膜內擴散并減少了細菌數量。
降解生物膜（EPS degradation）
噬菌體可以使用3種酶來影響和破壞生物膜：水解生物膜中細胞外聚合物（EPS）的酶，破壞細菌細胞膜的酶和破壞細菌細胞壁的酶。EPS水解酶會瓦解生物膜，使噬菌體進入其中殺死包裹在內的細菌。
解聚酶（Depolymerizing enzymes）
一些噬菌體具有誘導解聚酶表達的能力。尚不清楚該酶的誘導是由細菌中的噬菌體引起還是由細菌自身的生存逃逸反應引起。相關的應答基因尚未找到。
攻擊持續(xù)性細胞（Attacking persistent cells）
與抗生素不同，噬菌體可以攻擊和感染持久性細胞，就像靶向正常細菌一樣。分析表明，持久性細菌一旦從緩慢的生長被激活為正常的生長速度，它們就會成為噬菌體的靶標，而正常生長速度是它們在形成生物膜或再生生物膜時所使用的狀態(tài)。
3、針對生物膜的噬菌體療法
目前，由于天然噬菌體不斷變化和進化的特性，不太適合為其申請專利。噬菌體是最豐富的生命形式，在地球生物圈中大約存在10^31種，迄今估計成千上萬已經測序。
基因改造噬菌體（Genetically modified phages）
噬菌體的生物技術應用包括通過使用單鏈DNA的絲狀非裂解性噬菌體對噬菌體進行基因修飾，以提高噬菌體的殺菌活性。
“抗生酶”（Enzybiotics）
“抗生酶”是噬菌體編碼的溶菌酶，含有穿孔和賴氨酸基因，能作為生物防治劑。
4、噬菌體聯合治療
噬菌體與抗生素聯合效應被認為在未來的治療中具有巨大潛力。另一種治療組合，使用多糖裂解酶和DNA水解酶破壞生物膜基質，從而與噬菌體聯合治療。在兔耳感染模型中，使用噬菌體物理清潔傷口被證實是有效的。另一項研究發(fā)現噬菌體在生物膜被破壞組的殺菌效果顯著優(yōu)于生物膜完好組，提出在噬菌體治療前先破壞生物膜。
5、噬菌體用于生物防治
噬菌體具有控制細菌種群的機制。在急性感染的情況下，相較于多次給藥，低劑量的噬菌體產生更積極的結果，這將是應對慢性感染的有效方法。而且，噬菌體不僅起到抗菌劑的作用，對整個系統具有免疫調節(jié)作用
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紅色閃電
